Mai 2002 Andreas Hense, JdG-Vortrag1 Wetter, Klima und Fußball Andreas Hense Meteorologisches...

Mai 2002 Andreas Hense, JdG-Vortrag 1

Wetter, Klima und Fußball

Andreas Hense

Meteorologisches Institut

Universität Bonn


Einleitung

• Ziele des Vortrags• Daten der Atmosphäre und der Bundesliga• Die Analogien zwischen Atmosphäre und

Bundesliga– Wetter und Spieltage– Großwetterlage und die Saison– Klima und die „Ewige Tabelle“


Einleitung

• Der Zufall und die Statistik– Wettervorhersage und Fußball-Toto– Langfristvorhersage und die internationalen

Wettbewerbe– Klimavorhersage und die „Ewige Tabelle“

• Wege der Wetter- und Klimavorhersagen durch moderne mathematisch-physikalische Methoden


Die Ziele des Vortrags

• Darstellung der (überraschenden) Ähnlichkeiten zwischen Fußball und dem atmosphärischen Geschehen

• Bedeutung des Zufalls und die Notwendigkeit von Statistik

• Die heutige Sichtweise der Wetter- und Klimaforschung als ein Gebiet der Angewandten Physik

• Animation zum Studium und zur Weiterbildung


Die Daten

• Tägliche Summen des Niederschlags Versuchsgut Klein-Altendorf/Meckenheim seit 1958

• Tagesmittel der Temperatur Versuchsgut Klein-Altendorf seit 1958

• alle Bundesliga-Spiele des FC Schalke 04 von 1963/64 bis 1998/99 (ohne 2. Liga)

• alle Bundesliga-Spiele des FC Bayern München von 1965/66 bis 1998/99 – Dr. Th. Hofmeister (Uni Dortmund)

http://ls2-www.cs.uni-dortmund.de/~hofmeister/


Tordifferenz FC Schalke 04 1963/64 -1998/99


Tordifferenz FC Bayern München 1965/66-1998/99


Die Analogien

• Luftwirbel einer bestimmten Größe sind vorhersagbar über eine bestimmte Zeit (Lebensdauer)– Zigarettenwirbel über Sekunden– Wolken über Minuten– große Gewitter über Stunden– Wetterwirbel (Hoch/Tiefs) über Tage


Die Analogien-atmosphärische Skalen


Die Analogien

• Fußballbewegungen sind nur über bestimmte Zeiten vorhersagbar– individuelle Spielzüge über 1-5 Stationen– Ausgang einzelner Spiele zum nächsten

Spieltag – Ausgang der Liga etwa 1-5 Tage


Schluß aus den Analogien

• Ein Fußballspiel entsteht aus der Summe vieler Spielzüge – Entstehung eines Zufallselements

• Jahreszeitenmittel entsteht aus der Summe von verschiedenen Hoch- und Tiefdruckgebieten – Entstehung eines Zufallselements

• (Ein Hoch/Tiefdruckgebiet setzt sich aus verschiedenen Wolkenwirbeln zusammen– Entstehung eines Zufallselementes)


Schluß aus den Analogien

• Vorhersagen (von Fußballspielen und Jahreszeiten) sind Vorhersagen über Statistiken

• in der Meteorologie: Vorhersagen 2. Art• Ableiten des typischen Verhaltens aus bekannten

Randwerten– Ozeanische Wassertemperaturen bestimmen die

Jahreszeiten – Spielstärke einer Mannschaft läßt auf den

Ausgang der Saison schließen (z.B. Meisterschaftsaspirant, potentieller Absteiger)


Tropische 6 Monatsvorhersagen

Apr-Jun 02

Jul-Sep 02

Oct-Dec 02


Kicker September 2001


Ergebnis des Zufallselementes

• Wetterschwankungen– Spielausgang einer Mannschaft (Tordifferenz)

sehr variabel – Niederschlagsmenge/Temperaturabweichung

von Tag-zu-Tag sehr variabel


Die Skalenkopplung

• Die Summe des täglichen Wetters macht die Jahreszeiten

• mehrere Jahreszeiten (1-10) charakterisieren das kurzfristige Klima (interannuelle Schwankungen)

• viele Jahreszeiten (10-40) charakterisieren das langfristige Klima (interdekadische Schwankungen)


Die Skalenkopplung

• Die Summe der zufallsbedingten Spielstände bestimmt die aktuelle Position in der Tabelle

• Die Summe über viele Spielzeiten bestimmt die Position in der „Ewigen“ Bundesligatabelle


Tordifferenz FC Bayern München 1965/66-1998/99

Gleitende Summe über die letzten 34 Spiele


Tordifferenz FC Schalke 04 1963/64 -1998/99

Gleitende Summe über die letzten 34 Spiele


Gleitende 30 Tage Mittel


Extreme Ereignisse

• Extreme Wetterereignisse (z.B. Sturmtiefs) – sind als Einzelereignisse kein Hinweis auf

Veränderungen in längeren Zeitskalen (Klimaänderungen)

• entsprechen z.B. 8:1 Niederlagen / Gewinne– sind als Einzelergebnis kein Hinweis auf

Abstieg oder Meisterschaft


Extreme Ereignisse

• Langfristige Klimaänderungen– Position in der „Ewigen“ Bundesligatabelle als

Summe aller Punkte über viele Spielzeiten– ändert sich wenig durch Einzelspiele– mittlere Niederschlagssumme über mehr als 10

Jahre– ändert sich wenig durch Einzelereignisse


Zufall und Statistik

• Fußballergebisse sind stark vom Zufall beeinflußt – Grundlage Fußballtoto/Odd-Set – nur in der Statistik (Summe aller Spielzüge

eines Spiels, Tabelle) wird die Stärke einer Mannschaft sichtbar

– auch eine spielstarke Mannschaft fängt sich während eines Spiels ein Tor ein oder verliert ein ganzes Spiel

– kein Hinweis auf „Klimaänderungen“


Zufalls und Statistik

• Die gleichen Argumente gelten für Luftwirbel, Wetter und Klima

• Fußballvorhersagen sind nur mit Statistik möglich• Klima- und Wettervorhersagen sind ebenfalls nur

mit Statistik möglich



• Fußballvorhersage für den nächsten Spieltag• entspricht der Wettervorhersage für die nächsten

Tage• Vorhersage über den Ausgang einer Saison • entspricht einer Jahreszeitenvorhersage• Vorhersage der Position in der „Ewigen“ Tabelle

in ca. 5 Jahren • entspricht einer Klimavorhersage über 20 (?) Jahre


Zufalls und StatistikWie gut ist eine (einfache) Vorhersage? T(morgen)=T(heute)


Zufalls und StatistikWie gut ist eine (einfache) Vorhersage? S04(n.Spieltag) = S04(l.Spieltag)


Zufalls und StatistikWie gut ist eine (einfache) Vorhersage? Bayern(n.Spieltag) = Bayern(l.Spieltag)



• Es ist nicht möglich und sinnvoll, aus den Ergebnissen einer Mannschaft allein eine Vorhersage für den Tabellenstand in einer Woche, einer Saison oder der „Ewigen“ Tabelle zu machen.

• Es ist notwendig, die anderen (benachbarten) Mannschaften zu berücksichtigen

• notwendige Randbedingungen: Summe der Gegentore = Summe der geschossenen Tore


Zufall, Statistik und Dynamik

• Es ist nicht möglich, aus den Beobachtungen an einem Ort allein, Vorhersagen für den nächsten Tag, die kommende Jahreszeit oder eine Klimaänderung zu machen

• Man muß einen größeren Ausschnitt (die gesamte Atmosphäre) betrachten

• Es gelten Erhaltungssätze (Masse, Energie)



• Bei der Betrachtung der 1. Bundesliga über mehr als eine Spielzeit müssen die unteren Ligen mit berücksichtigt werden– Austausch von Mannschaften

• Bei der Betrachtung langer Zeitskalen in der Atmosphäre müssen wir weitere Komponenten des Klimasystems mit betrachten (Ozean, Eis)– Austausch von Masse und Energie


Moderne Wetter- und Klimavorhersagen

• Mathematisches Modell der Atmosphäre (des Ozeans, der Eissphäre)

• Meteorologische Modelle für Wolken und Niederschlag, Strahlung, Verdunstung von Land- und Pflanzenoberflächen uvam

• IT Umsetzung auf Rechner (NEC SX-6 bis PC)• Erhebung der meteorologischen

(ozeanographischen) Daten


Moderne Wetter- und Klimavorhersage

• Statistisch-dynamische Bearbeitung der Beobachtungen

• Effektive Programmierung (MPP - Rechner)• Meteorologisch-statistische Interpretation der

Ergebnisse


Zusammenfassung

• Wetter, Klima und Fußball werden stark durch den Zufall bestimmt

• Wetter, Klima und Fußball werden aber auch durch eine Dynamik bestimmt

• Vergleiche Klima/Wetter Probleme mit entsprechendem Fußballbeispiel– wenn letzteres sinnlos ist erstes auch sinnlos– Beachte die Wechselwirkung zwischen den

Systemen


Ein kleiner Unterschied zwischen Fußball und Wetter/Klima

• Im Gegensatz zum Geosystem gibt es eine streng deterministische Komponenente im Fußball

• entdeckt durch eine Düsseldorfer Arbeitsgruppe um Andreas Frege


Ein kleiner Unterschied zwischen Fußball und Wetter/Klima

• „nur eins weiß ich hundert-prozentig• nie im Leben würde ich zu Bayern gehen“• Bayern-Song der Toten Hosen

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